高效復合中心鉆的設計與應用
2014-1-18 來源：陜西法士特齒輪有限公司 作者：唐永鵬
我公司加工生產的中間軸類零件端面有一種復合中心孔， 其作用是為后序加工用做定位基準和裝配用的螺紋孔。原加工方法生產效率低， 燒刀問題嚴重， 精度難以保證， 機床工時費用高， 不能充分發揮機床效能等問題。近年來筆者針對加工材料為20CrMnTi （ 8620H） ,硬度為197 ~200HBW 軸類產品復雜的中心孔， 摸索設計出了高效的復合中心鉆， 有效地解決了此類問題。
1. 原刀具存在的缺陷
此軸類工件如圖1 所示。孔口60°倒角起著軸類產品各道工序加工定位基準的作用， 孔精度直接影響軸的后序加工質量，尤其對于彎曲及表面有缺陷的軸類毛坯件是至關重要的， 關系到該工件是否有合適的加工余量。并且在加工中孔口倒角、臺階孔、螺紋底孔必須保證同心度要求， 軸端面中心孔對軸在變速箱中安裝都很重要。
圖1 制件截形示意圖
原加工方法分兩道工序完成， 一是先用圖2 所示中心鉆一次加工出孔口60°的倒角（ 用于軸后序加工的定位基準） 和？？17mm 臺階孔； 第二道工序用鉆頭加工??14. 5mm 螺紋底孔。分兩道工序加工存在如下問題： 第一道工序， 刀具加工出現斷屑困難， 切屑容易纏繞在中心鉆60°的護錐處， 影響了切削液流入鉆頭部位， 切削區溫度高， 很容易使鉆頭出現過熱， 并很快磨損， 大大地降低了鉆頭的壽命。且切屑易刮傷已加工表面， 造成孔口倒角表面粗糙度值大， 直接影響定位基準精度要求。第二道工序， 是用麻花鉆加工出？？14. 5mm 的孔，容易出現孔鉆偏現象， 難以滿足孔同心度要求。
圖2
兩道工序存在時間長， 刀具損耗大， 機床工時費用高， 不能使機床發揮最大效能的缺陷。尤其是在市場形勢一片大好， 產品供不應求的情況下是不可取的， 這就需要探索更科學更合理的加工刀具簡化工序， 淘汰不科學的加工方法。
2. 高效復合中心鉆的設計
高效復合中心鉆加工分三部分， 如圖3 所示， 前刃部是采用兩刃式麻花鉆頭， 中間刃部是加工臺階孔刃部， 后刃部是加工孔口倒角刃部。
由于該中心鉆有以下設計特點， 從而解決了以上述存在的缺陷。
圖3 高效復合中心鉆
1. 麻花鉆頭2. 臺階孔刃3. 孔口倒角刃
（ 1） 中心鉆槽形采用兩種25°~30°的螺旋槽形式，E 槽和F 槽有利于排出切屑均制成螺旋曲面。切削刃分別分布在兩種容屑槽上， 提高了螺旋槽的鋒利程度。14. 5mm 鉆頭前刀面B 面在F 螺旋槽上， 17mm 臺階孔切削刃C 面和60°的護錐切削刃A 面均在F 螺旋槽上。在初期試制時這兩處的前刀面都在F 槽上（ 見實物圖4） , 便出現了兩處切削部分排出的切屑發生干擾而雜亂的堆積在60°的護錐處， 燒壞切削刃， 大大降低了刀具的使用壽命。通過多次試制改進中心鉆結構， 采用了E 槽和F 槽的形式后， 排屑流暢， 解決了燒刀問題。
（ 2） 中心鉆頭部設計成麻花鉆頭的形式， 為了保持鉆頭強度和剛度， 鉆頭兩主切削刃不通過鉆頭中心，而是互相平行并錯開而形成橫刃。不但提高了加工效率和減少工序， 而且也大大地提高了中心鉆的鋒利程度，減少了加工過程中鉆頭與工件之間的摩擦力， 延長了刀具的使用壽命。
圖4
（ 3） 在鉆頭的后刀面處磨出二次后角面， 非常有利于斷屑（ 見圖3 所示D 面） .特殊的槽形可提高刀具的剛性， 可以改善切削狀況， 也有利于排出切屑。為了保護主切削刃， 在切削刃上磨出倒棱， 增加另一個倒棱保護鉆頭轉角和副切削刃。用特殊的結構和切削刃幾何角度的鉆頭加工， 有利于排出碎狀切屑。如果不斷屑就會出現排屑不利， 從鉆頭F 容屑槽里出來長的切屑與中心鉆護錐刃產生的切屑容易發生干擾， 雜亂纏繞在中心鉆的護錐處， 易燒壞護錐處的刃口， 降低刀具的使用壽命， 大大降低加工精度。
（ 4） 軸端面中心孔一次加工出來， 簡化了工序，保證了中心孔的同心度要求， 提高機床利用率， 很大程度上降低了加工成本和刀具費用， 提高了生產效率。
3. 高效中心鉆的合理使用
中心鉆在使用過程中要根據所加工的工件材料、硬度等實際情況， 合理選擇鉆頭的幾何參數和鉆削用量。
要控制在加工過程中刃口出現過熱現象， 切削速度不可過高， 要提高潤滑和充分冷卻效果。加工一定數量的工件后， 要及時刃磨， 確保鉆頭鋒利， 不能使鉆頭過度磨損， 以防燒壞切削刃而嚴重地影響鉆頭的壽命和加工孔的表面粗糙度。
合理刃磨鉆頭對中心鉆的壽命有很大的影響， 這種新型中心鉆其前端鉆頭相對其他部分刃口磨損較快。刃磨時注意： ①提高刀具刃磨質量， 保證各刀面有低的表面粗糙度值， 一般要求Ra = 0. 4μm, 這樣可以減小切屑與前刀面和工件與刀具間的摩擦， 保證生產效率和提高刀具壽命的有效措施。②刃磨刃口還必須將后刀面磨出一個大后角（ 8°~12°） , 否則就會出現鉆頭中心鉆各后刀面與工件嚴重摩擦和抗刀， 不利于切削。③鉆頭主要刃磨兩個主后刀面， 刃磨時除了保證頂角和后角的大小合適， 還應保證兩條主切削刃對稱， 以防止孔徑擴大和孔軸線不直， 容易出現孔鉆偏。④修磨橫刃一般保證在0. 50 ~1mm, 以減小軸向抗力和擠刮現象， 提高鉆頭的定心作用和切削的穩定性。⑤該中心鉆在使用中主要是斷屑， 根據實踐所得刃磨鉆頭保證橫刃長0. 50 ~1mm時， 在鉆頭后刀面磨出6°~8°的二次后角D 面（ 見圖3） .兩個后角面相交便出現一條棱邊， 斷屑效果十分理想， 便于斷屑后的碎切屑在切削液的沖擊下很容易從螺旋槽里排出來， 避免了切屑雜亂卷繞在刀具上， 以防止切屑堵塞而影響正常加工。
4. 結語
上述高效率復合中心鉆結構設計及其合理使用的方法， 都是結合實踐不斷試制、不斷探索、不斷積累經驗所得。有效地保證中心孔精度要求， 提高了產品的質量和加工效率。不但提高了機床的利用率， 而且提高了刀具壽命， 降低了刀具的損耗和刀具成本。
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